The fatigue crack growth behavior in GTA butt welded joints of Al-Alloy 5052-H38 was examined using Single Edge Notched(SEN) specimens. It is well known that welding residual stress has marked influence on fatigue crack growth rate in welded structure. In the general area of fatigue crack growth in the presence of residual stress, it is noted that the correction of stress intensity factor (K) to account for residual stress is important for the determination of both stress intensity factor range(.DELTA.K) and stress ratio(R) during a loading cycle. The crack growth rate(da/dN) in welded joints were correlated with the effective stress intensity factor range(.DELTA.Keff) which was estimated by superposition of the respective stress intensity factors for the residual stress field and for the applied stress. However, redistribution of residual stress occurs during crack growth and its effect is not negligible. In this study, fatigue crack growth characteristics of the welded joints were examined by using superposition of redistributed residual stress and discussed in comparison with the results of the initial welding residual stress superposition.
Fatigue crack propagation life of weld toe crack through residual stress field was estimated with Elber's crack concept. Propagation of weld toe crack is heavily influenced by residual stress caused by welding process, so it is essential to take into account the effect of residual stress on the propagation life of weld toe crack. Fatigue crack at transverse and longitudinal weld toe was studied respectively, which represent typical weld joint in ship structure. Numerical and experimental studies are performed for both cases. Residual stress near weldment was estimated through nonlinear thermo-elasto-plastic finite element method, and residual stress intensity factor with Glinka's weight function method. Effective stress intensity factor was calculated with Newman-Forman-de Koning-Henriksen equation which is based on Dugdale strip yield model in estimating crack closure level U at different stress ratio. Calculated crack propagation life coincided well with experimental results.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.21
no.1
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pp.43-47
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1984
The purpose of this paper is to investigate theoretically the effect of residual stress due to welding in stress intensity factor of a plate containing the Model I Crack in different crack size and location, and on fatigue crack growth rate. The initiation of crack is found to be possible only in the region of tensile residual stress. The most dangerous crack has the values of d/b and a/b equal to about 0.6 and 1.0, respectively, where d/b is the ratio of distance from the crack to welding bead and the width of tensile residual stress region and a/b is the ratio of crack length and tensile residual stress region. The crack perpendicular to and on the line of welding bead and with a/b equal to about 0.6 has maximum stress intensity factor. The theoretical fatigue crack growth rate under residual stress and applied stress, which is obtained from Forman's Law by stress superposition, is relatively in good agreement with Glinka's[8] experimental value. The fatigue crack growth is shown to be retarded due to residual stress distribution.
Redistribution of residual stress and its effects during fatigue crack propagates from tensile residual stress region in weldment are investigated. Tests are performed by using welded CCT specimens of structual rolling steel (SS400) and it makes fatigue crack propagate from tensile residual stress region. For this study tension-tension loading type is selected by external loading condition and magnetizing stress indicator is used correctly to measure redistribution of residual stress according to fatigue crack growth and number of loading cycles. From this result, it is proved that redistribution of residual stress is mainly consist of residual stress released by fatigue crack growth. When fatigue crack propagates from tensile residual stress region residual stress are redistributed and it makes fatigue crack growth rate largely increase. Fatigue crack growth rate is low in case of redistributed residual stress compare with initial distributed residual stress.
The objective of this paper is to investigate the effect of residual stresses on the $\Delta$K$\sub$th/ and fatigue crack growth behavior of butt weldments. For this purpose, transverse butt sutmerged arc welding was performed on SM50A steel plate and CT(compact tension) specimens which loading direction is perpendicular to weld bead were selected. Welding residual stresses distribution on the specimen was determined by hole drilling method. The case of crack located parallel to weld bead, the states of as weld and PWHT, $\Delta$K$\sub$th/ of specimens(HAZ, weld zone) was higher than that of the base metal probably because of the compressive residual stresses of crack tip. In low $\Delta$K region, it is estimated that the effects of residual stresses for da/dN are great. In region II, the da/dN of weldments in as weld state was lower than that of the base metal. Though da/dN of Weldments in PWHT state was similar to that of the base metal. The constant of power law, m in two states consisted with the base metal. Therefore , it is estimated that the value of m is not affected by residual stresses. Fatigue crack growth behavior of weldments consisted with the base metal considering the effective stress intensity factor range($\Delta$K$\sub$eff/) included the effect of initial residual stress(Kres). Thus, we can predict the fatigue crack growth behavior of weldment by knowing the distribution of initial residual stress at the crack tip.
There are many Industry Code and Standard (ICS) for Structural Integrity Assessment (SIA) on welded structure with defect. The general ICSs, such as R6, BS 7910 and API 579-1/ASME FFS-1, provide equations to determine the upper bound residual stress profiles based on collections from many literatures. However, these residual stress profiles used in the SIA cause the conservative design for welded structures. In this study, the structural integrity assessment for girth weld in pipeline has been conducted based on fracture mechanics. In addition, thermo-elastic plastic FE analysis was performed for evaluating the residual stress of girth weld in pipeline. The weight function solution is used to determine the stress intensity factor using the residual stress profile obtained by the FE analysis. This approach can account for redistribution and relaxation of residual stress as the defects grow. In order to the evaluate quantitative comparison between BS 7910 and weight function solution, structural integrity assessment determining allowable crack size on cracked pipe was performed with failure assessment diagram.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.5
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pp.797-804
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2001
To obtain representative fatigue crack growth characteristic curve in residual stress field, fatigue crack growth test was carried out at various stress ratio and fatigue crack growth characteristic curve was represented using crack closure concept. Obtained results are as follows;K(sub)op/K(sub)max was independent of K(sub)max when R was lower than 0.5 and crack closure phenomenon was not observed when R is higher than 0.5. therefore neglecting crack closure behaviour, actual fatigue crack growth rate can be underestimated. Thus, considering crack closure phenomenon, fatigue crack growth characteristics curve of A 106 Gr B Steel weldment can be effectively estimated.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.41
no.6
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pp.84-90
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2004
For the precise assessment of the effect of welding residual stresses on structural strength and fatigue crack growth behavior, new FE analysis algorithms for the estimation of residual stress relaxation due to external load and redistribution due to fatigue crack propagation were proposed in this paper. Initial welding residual stress field was obtained by thermal elasto-plastic analysis considering temperature dependent material properties, and the amount of residual stress relaxation and redistribution were assessed by subsequent elasto-plastic analysis In the analysis of fatigue crack propagation, the applied SIF(Stress Intensity Factor) range was evaluated by $\frac{1}{4}$-point displacement extrapolation method, and the effect of welding residual stresses on crack propagation was considered by introducing the effective SIF concept. The test results of crack propagations were compared with the predicted data obtained by the analysis.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.15
no.4
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pp.171-177
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2007
In this paper, an evaluation method of fracture toughness on interface cracks was investigated in friction welded dissimilar materials with interfacial edge cracks. To establish a reasonable strength evaluation method and fracture criterion, it is necessary to analyze stress intensity factor under the load and residual stress condition on friction welded interface between dissimilar materials. The friction welded specimens with an edged crack were prepared for analysis of stress intensity by using the boundary element method (BEM) and the fracture toughness. A quantitative fracture criterion for friction welded STS 304/SM 45C with interface crack is suggested by using stress intensity factor, F and the results of fracture toughness experiment.
In the weldmentsm the crack propagation rate is changed due to the residual stress. The crack propagation rate is high in the region with the residual stress. However it shows rhw same behavior with the base metal in the region that does not include the residual stress. The fatigue crack growth rate for the material with residual stresses can be predicted more precisely by using the effective stress ratio. The difference between experimental results and prediction results in the initial stage seems to be due to the redistribution of residual stresses and microstructural change.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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